MỞ ĐẦU 1. MỤC ĐÍCH VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm là một trong những ngành công nghiệp có những bước phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường. Ngành dệt nhuộm hiện nay chiếm một vị trí khá quan trọng vì đây là một trong những ngành công nghiệp không chỉ góp phần giải quyết vấn đề công ăn việc làm cho xã hội mà còn thúc đẩy tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu cho đất nước. Tuy vậy, ô nhiễm môi trường do nước thải ngành dệt nhuộm là một thực tế cần có giải pháp xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết.
Như chúng ta đã biết, các thành phần trong nước thải dệt nhuộm là rất phức tạp, loại nước thải này có chứa nhiều tạp chất gây ô nhiễm nếu như không được xử lý mà xả thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận sẽ gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, vì thế loại nước thải này được nhà nước ta xếp vào loại nước thải đặc biệt nguy hại nhất, bởi đặc trưng của nước thải dệt nhuộm là chứa nhiều tạp chất nên trong quá trình xử lý phải kết hợp nhiều phương pháp xử lý với nhau như phương pháp cơ học, hóa học, hóa – lý và phương pháp sinh học ứng dụng vi sinh xử lý nước thải dệt nhuộm mới có thể loại bỏ những tạp chất có trong nước thải dệt nhuộm [1]. Thực tế, cho thấy các xí nghiệp, cơ sở sản xuất ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng, nước thải xả vào nguồn tiếp nhận chỉ được xử lý sơ bộ, thậm chí còn thải trực tiếp ra môi trường. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt, nước ngầm bị ô nhiễm nghiêm trọng gây ảnh hưởng đền sức khỏe con người và hệ sinh thái. Vì vậy, việc tìm ra một phương pháp nhằm loại bỏ các chất nguy hại có trong nước thải ra ngoài môi trường là một vấn đề cấp thiết cần được nghiên cứu và phát triển.
Một trong những hợp chất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong nước thải ngành dệt nhuộm, đó là thuốc nhuộm phân tán [1]. Thuốc nhuộm phân tán có chứa các hợp chất không tan trong nước như: SO3Na, -COONa, thuốc nhuộm phân tán hầu hết là các chất màu azo và antraquinon. Tên gọi của lớp thuốc nhuộm này chỉ rằng chúng có độ hòa tan rất thấp trong nước và phải sử dụng ở dạng huyền phù hay phân tán với kích thước hạt trong khoảng 0,2 – 2µm, được dùng để nhuộm loại xơ nhân tạo ghét nước duy 2 nhất bấy giờ là xơ acetat. Sau này thì thuốc nhuộm phân tán kiểu mới được tổng hợp để đáp ứng nhu cầu nhuộm của các xơ : polyamit, polyester, poly acrylonitrin, poly vinylic và các xơ tổng hợp khác [2].
Nhóm đã tham khảo nhiều tài liệu về các phương pháp được nghiên cứu để loại bỏ các phẩm màu trong nước thải, nhóm nhận thấy phương pháp hấp phụ được sử dụng rất phổ biến và đã mang lại hiệu quả cao trong quá trình xử lý. Ưu điểm của phương pháp này là có thể sử dụng các vật liệu rẻ tiền, sẵn có, quy trình đơn giản và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại. Có nhiều loại vật liệu hấp phụ khác nhau được biết đến trong ứng dụng này như than hoạt tính, bentonite, tro than, và chitosan, v. Từ quan điểm này, các vật liệu hấp phụ với giá thành thấp từ vật liệu thiên nhiên, vật liệu sinh học, phế liệu công-nông nghiệp được đề xuất và triển khai ứng dụng trong việc loại bỏ phẩm nhuộm và các kim loại nặng trong nước.
Xuất phát từ những lý do trên, nhóm đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu biến tính than gỗ Đước đã được hoạt hóa bằng H3PO4 với sự trợ giúp của lò vi sóng (microwave) để hấp phụ màu dệt nhuộm” với mong muốn có thể tìm kiếm vật liệu mới thân thiện với môi trường và nâng cao hiệu quả xử lý từ than gỗ Đước, áp dụng vào thực tiễn, góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm hiện nay. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu điều chế than gỗ Đước biến tính với axit H3PO4. Xây dựng đường chuẩn cho Axit Blue VS1, Direct Yellow GX, Direct Blue FBL. Xác định pH tối ưu và thời gian cân bằng hấp phụ đối với vật liệu hấp phụ.
Khảo sát các đặc trưng của các vật liệu đã điều chế được bằng các phương pháp SEM, FTIR, XRD, BET. Khảo xác sự ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến quá trình hấp phụ. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ và ảnh hưởng của nhiệt độ, tính toán các tham số nhiệt động học. Thiết kế hệ thống hấp phụ gián đoạn một giai đoạn.
PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 3. Phạm vi nghiên cứu 3 Tổng quan về quá trình hấp phụ, các phương pháp tính toán Tổng quan về vật liệu than gỗ Đước Tổng quan về Axit Blue VS1, Direct Yellow GX, Direct Blue FBL 3. Đối tượng nghiên cứu Thuốc nhuộm Axit Blue VS1, Direct Yellow GX, Direct Blue FBL. Vật liệu than gỗ Đước đã biến tính bằng H3PO4 với sự trợ giúp của lò vi sóng Microwave.
Mục tiêu đề tài Khảo sát, tính toán các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ (Langmuir và Freundlich), động học hấp phụ ( bậc 1 và bậc 2 ) để xác định bản chất của quá trình hấp phụ. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như pH và thời gian tối ưu, liều lượng, nhiệt độ đến quá trình xử lý bằng than gỗ Đước biến tính. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của than gỗ Đước trong xử lý nước thải có chứa 3 thuốc nhuộm Axit Blue VS1, Direct Yellow GX, Direct Blue FBL từ các nhà máy, khu công nghiệp. CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỂ TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU Phương pháp thực nghiệm: Đây là một phương pháp mang tính chất quan trọng trong quá trình nghiên cứu, các thao tác trong thí nghiệm phải được thực hiện cẩn thận, logic, chi tiết, tỉ mỉ nhằm mang lại kết quả nghiên cứu ít sai số nhất.
Phương pháp so sánh: Dùng để đối chiếu các kết quả đã nghiên cứu với nhau nhằm chọn ra kết quả mang lại hiệu suất hấp phụ cao. Phương pháp xử lý số liệu: Các số liệu được xử lý trên bảng biểu, các số liệu được xử lý trên Microsoft Word và Microsoft Excel. Phương pháp phân tích, đánh giá: Phân tích thành phần hoá học, cấu trúc, diện tích bề mặt của vật liệu bằng các phương pháp phân tích lý hoá hiện đại như: XRD, BET, SEM, FTIR,… Phương pháp đồ thị: Sử dụng đồ thị để diễn đạt các số liệu đã qua xử lý để có cái nhìn trực quan hơn và dễ dàng đánh giá, nhận xét chính xác hơn. Ý NGHĨA THỰC TIỄN 4 Việc tìm ra loại vật liệu hấp phụ mới thân thiện môi trường với giá thành rẻ mang lại nhiều triển vọng mới trong ngành xử lý nước thải.
Tạo ra một loại vật liệu hấp phụ mới để loại bỏ các màu và thân thiện với môi trường, giá thành rẻ. Các vật liệu than gỗ Đước biến tính có thể được điều chế với quy mô lớn và ứng dụng rộng rãi trong thực tế xử lý các nguồn nước thải bị ô nhiễm. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Tổng quan về các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về lĩnh vực hấp phụ sử dụng các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ tự nhiên để loại bỏ chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ trong nước thải và nước bị ô nhiễm. Ngày nay đã có rất nhiều phương pháp dùng để xử lý ô nhiễm nước, trong đó phương pháp hấp phụ đã thể hiện được những ưu điểm riêng: không độc hại cho con người và sinh vật, đơn giản, hiệu quả,….
Có nhiều vật liệu hấp phụ đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống như than hoạt tính, nhựa trao đổi ion, zeolite,bentonite… Trong những năm gần đây, các đề tài nghiên cứu về đặc tính, khả năng biến tính và hấp phụ bằng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ tự nhiên xuất hiện càng nhiều: Phương pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa, thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa tiến hành nghiên cứu chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau 3000C, 4000C, 5000C và các khoảng thời gian khác nhau từ 10 – 60 phút , xác định các tính chất của vật liệu, khảo sát dung lượng hấp phụ amoni, độ tro. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nước thải và lựa chọn loại than cacbon hóa cho quá trình xử lý. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa dạng viên pha trộn theo các tỷ lệ 1 cát: 1 sỏi: 1 than: 2 xi măng; tỷ lệ 0,5 cát: 1 sỏi: 1 than: 2 xi măng; tỷ lệ 1 cát: 1 sỏi: 1 than: 3 xi măng. Sau đó thêm nước vào tạo độ kết dính và pha trộn vật nặn thành các viên nhỏ đường kính 3 – 5mm, đem phơi khô dưới ánh nắng, tiến hành đánh giá và chọn ra vật liệu hấp phụ tối ưu.
Tác giả đã kết luận rằng hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào pH của dung dịch, thời gian hấp phụ đạt cân bằng ở t = 30 phút đạt hiệu suất 43,93%. Tỷ lệ rắn: lỏng giữa vật liệu và thể tích 5 dung dịch cụ thể là 20g/l đạt hiệu suất cao nhất 59,3%. Quá trình hấp phụ NH+4 của than cacbon hóa xơ dừa phù hợp theo thuyết hấp phụ đường đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich, đánh giá được triển vọng của than cacbon hóa xơ dừa chế tạo so với than hoạt tính thị trường và khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ khi sử dụng 100% than cacbon hóa xơ dừa qua hệ thống lọc liên tục thấy rằng ở mức lưu lượng 0,25l/h đạt hiệu suất cao nhất 78,79% và vật liệu hấp phụ dạng viên thì hiệu suất xử lý đạt cao nhất là 19,12% khả năng xử lý không cao. [5] Đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Rhodamine_B bằng than vỏ trấu đã đươc hoạt hoá bằng H3PO4 với sự trợ giúp của lò vi sóng (microwave)” ra đời với mong muốn tìm kiếm một loại vật liệu mới với khả năng xử lý tốt hơn, tiết kiệm hơn và thân thiện với môi trường hơn khi xử lý Rhodamine_B trong nước thải dệt nhuộm.
Nghiên cứu này chủ yếu dựa trên phương pháp thực nghiệm và phân tích đồ thị. Trong quá trình nghiên cứu tác giả đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ than vỏ trấu, ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau về pH, thời gian phản ứng, nồng độ Rhodamine_B, liều lượng chất hấp phụ.